(57)【要約】【課題】水酸化マグネシウム微粒子の分散液を工業的に安価に製造することができる方法を提供する。【解決手段】気相酸化合成法により製造された、平均一次粒子径が５〜８０ｎｍの範囲にある酸化マグネシウム微粒子からなる酸化マグネシウム粉末を水蒸気に接触させることにより得られた水酸化マグネシウム粉末を、溶媒に分散させて分散液を調製する工程、そして該分散液に平均粒子径が２０〜３００μｍのセラミック製ビーズにより剪断力を付与するか、あるいは該分散液に圧力を付与して分散液噴流を生成させ、次いで該分散液噴流を二以上に分岐させ、各分散液を対向下に衝突させることにより、分散液中の水酸化マグネシウム粉末を崩壊させて微粒子の分散液とする工程を含む製法により水酸化マグネシウム微粒子分散液を製造する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相酸化合成法により製造された、平均一次粒子径が５〜８０ｎｍの範囲にある酸化マグネシウム微粒子からなる酸化マグネシウム粉末を水蒸気に接触させることにより得られた水酸化マグネシウム粉末を、溶媒に分散させて分散液を調製する工程、そして該分散液に平均粒子径が２０〜３００μｍのセラミック製ビーズにより剪断力を付与するか、あるいは該分散液に圧力を付与して分散液噴流を生成させ、次いで該分散液噴流を二以上に分岐させ、各分散液を対向下に衝突させることにより、分散液中の水酸化マグネシウム粉末を崩壊させて微粒子の分散液とする工程を含む水酸化マグネシウム微粒子分散液の製造方法。
【請求項２】
溶媒が、水である請求項１に記載の水酸化マグネシウム微粒子分散液の製造方法。
【請求項３】
溶媒が、極性有機溶媒である請求項１に記載の水酸化マグネシウム微粒子分散液の製造方法。
【請求項４】
溶媒が、炭素原子数３〜５の一価アルコールである請求項１に記載の水酸化マグネシウム微粒子分散液の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法により製造された水酸化マグネシウム微粒子分散液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水酸化マグネシウム微粒子分散液及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰという）の誘電体層の保護膜として、酸化マグネシウム薄膜が用いられている。ＰＤＰの誘電体層保護用の酸化マグネシウム薄膜の製造方法としては、電子ビーム蒸着法やスパッタ法などの物理的な方法が主流である。しかしながら、これらの製造方法では大規模な製造装置を用いて厳しい製造条件の管理が必要となるなどの問題がある。このため、水酸化マグネシウム微粒子の分散液を誘電体層の上に塗布し、得られた水酸化マグネシウム塗布膜を焼成することによって酸化マグネシウム薄膜を製造する方法（塗布法）の研究が進められている。
【０００３】
特許文献１には、ゾル−ゲル反応を利用して製造した粒子径１０ｎｍ〜１００μｍの水酸化マグネシウム微粒子分散液を用いてＰＤＰ用の酸化マグネシウム薄膜を製造する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平８−２６４１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に開示されているように、微細な水酸化マグネシウムの分散液を製造する方法としてゾル−ゲル法は有用な方法の一つである。しかしながら、ゾル−ゲル法による水酸化マグネシウム微粒子分散液の製造は、製造コストが高いという問題がある。
本発明の目的は、微粒子の水酸化マグネシウムが分散されている分散液を工業的に安価に製造することができる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、気相酸化合成法により製造された、平均一次粒子径が５〜８０ｎｍの範囲にある酸化マグネシウム微粒子からなる酸化マグネシウム粉末を水蒸気に接触させることにより得られた水酸化マグネシウム粉末を、溶媒に分散させて分散液を調製する工程、そして該分散液に平均粒子径が２０〜３００μｍのセラミック製ビーズにより剪断力を付与するか、あるいは該分散液に圧力を付与して分散液噴流を生成させ、次いで該分散液噴流を二以上に分岐させ、各分散液を対向下に衝突させることにより、分散液中の水酸化マグネシウム粉末を崩壊させて微粒子の分散液とする工程を含む水酸化マグネシウム微粒子分散液の製造方法にある。
【０００６】
上記本発明の水酸化マグネシウム微粒子分散液の製造方法の好ましい態様は次の通りである。
（１）溶媒が、水である。
（２）溶媒が、極性有機溶媒である。
（３）溶媒が、炭素原子数３〜５の一価アルコールである。
【０００７】
本発明はまた、上記本発明の製造方法により製造された水酸化マグネシウム微粒子分散液にもある。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の製造方法を利用することによって、水酸化マグネシウム微粒子の分散液を工業的に有利に製造することができる。
本発明の製造方法により得られた水酸化マグネシウム微粒子分散液は、均一な厚さの酸化マグネシウム薄膜を塗布法により形成させるのに有利に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の水酸化マグネシウム微粒子分散液の製造方法においては、水酸化マグネシウム源として、気相酸化合成法により製造された、平均一次粒子径が５〜８０ｎｍの範囲にある酸化マグネシウム微粒子の粉末を水蒸気に接触させることにより得られた水酸化マグネシウム粉末を用いる。
気相酸化合成法とは、金属マグネシウム蒸気と酸素とを気相中にて反応させて、酸化マグネシウム粉末を製造する方法である。気相酸化合成法により製造された平均一次粒子径が５〜８０ｎｍの範囲にある酸化マグネシウム微粒子の粉末としては、宇部マテリアルズ（株）製の１００Ａ（平均一次粒子径：１０ｎｍ）、５００Ａ（平均一次粒子径：５０ｎｍ）が知られている。気相酸化合成法により製造された酸化マグネシウム粉末は、一次粒子が立方形状の微粒子からなる。
【００１０】
酸化マグネシウム粉末は、水蒸気に接触させることにより、水酸化マグネシウム粉末とすることが重要である。酸化マグネシウム粉末を水蒸気に接触させて、緩やかに水和（消化）させることによって、酸化マグネシウム微粒子の形状を維持したまま、微粒子の水酸化マグネシウムを得ることができる。酸化マグネシウム粉末と水蒸気との接触は、例えば、酸化マグネシウム粉末と水とをそれぞれ直接的に接触しないように、同一の容器に入れて密閉し、１０〜１００℃の温度、好ましくは２０〜５０℃の温度に保持することによって行なうことができる。
【００１１】
本発明では、水酸化マグネシウム粉末を、溶媒に分散させて分散液を調製し、そしてその水酸化マグネシウム粉末分散液に平均粒子径が２０〜３００μｍのセラミック製ビーズにより剪断力を付与する剪断分散処理か、あるいは水酸化マグネシウム粉末分散液に圧力を付与して分散液噴流を生成させ、次いでその分散液噴流を二以上に分岐させ、各分散液を対向下に衝突させる衝突分散処理を行なうことにより、分散液中の水酸化マグネシウム粉末を崩壊させて微粒子の分散液とする。
【００１２】
溶媒としては、水、極性有機溶媒及びこれらの混合物を用いることができる。極性有機溶媒の例としては、アルコール類及びケトン類を挙げることができる。アルコール類の例としては、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、ペンチルアルコール、イソペンチルアルコールなどの一価アルコールを挙げることができる。ケトン類の例としては、アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトンを挙げることができる。これらのアルコール類及びケトン類は、二種以上を併用してもよい。
極性有機溶媒は、炭素原子数が３〜５の一価アルコールであることが好ましく、特に好ましいのはイソプロピルアルコール及びブチルアルコール、そしてこれらの混合物であり、さらに好ましいのはブチルアルコールである。
【００１３】
水酸化マグネシウム粉末分散液の水酸化マグネシウム濃度は、分散液の全組成物の質量を基準として０．０５〜２０質量％の範囲にあることが好ましく、０．５〜１５質量％の範囲にあることが特に好ましい。
【００１４】
水酸化マグネシウム粉末分散液の剪断分散処理において用いるビーズ（ボールともいう）は、平均粒子径が２０〜１５０μｍの範囲にあることが好ましく、２０〜１２０μｍの範囲にあることが特に好ましい。ビーズの材料としては、酸化ジルコニウムなどの公知のセラミックス材料を挙げることができる。
【００１５】
剪断分散処理に用いる装置としては、転動ミル（回転ミル）、振動ミル、揺動ミル（ロッキングミル）、遊星ミル、ＣＦミル（遠心流動化ミル）、アニュラーミル（転動攪拌ミル）などのミル容器を駆動することによってビーズにエネルギーを伝達するビーズミル、ミル容器内に充填したビーズをミル容器中に挿入されている攪拌機にて攪拌することによってビーズにエネルギーを伝達する攪拌ミルを挙げることができる。これらの中で好ましいのは、揺動ミル及び攪拌ミルである。
【００１６】
剪断分散処理では、ビーズによる強力な剪断力により、分散液中の水酸化マグネシウム粉末を崩壊させて微粒子の分散液とする。このため剪断分散処理を利用すると、粒子径が比較的揃った、すなわち粒度分布の幅の狭い水酸化マグネシウム微粒子分散液を得ることができる。例えば、動的光散乱法によって測定されたＤ50（累積通過分布の５０％に相当する粒子径）が１〜２０ｎｍの範囲にあり、動的光散乱法によって測定されたＤ10（累積通過分布の１０％に相当する粒子径）とＤ90（累積通過分布の９０％に相当する粒子径）との比（Ｄ10／Ｄ90）が０．１以上、より好ましくは０．３以上の水酸化マグネシウム微粒子分散液を得ることができる。
【００１７】
水酸化マグネシウム粉末分散液の衝突分散処理において、水分散液噴流の圧力は、１００〜２５０ＭＰａの範囲にあることが好ましく、１３０〜２３０ＭＰａの範囲にあることが特に好ましい。衝突分散処理工程は、複数回行なってもよい。衝突分散処理の回数は、１〜１０００回の範囲にあることが好ましい。
【００１８】
衝突分散処理では、分散液の金属壁への衝突によるものではなく、分散液同士の衝突により、分散液中の水酸化マグネシウム粉末を崩壊させて微粒子の分散液とする。このため衝突分散処理を利用すると、動的光散乱法によって測定されたＤ50は剪断分散処理により得られた水酸化マグネシウム微粒子分散液と比べて大きくなるが、重金属の混入が少ない水酸化マグネシウム微粒子分散液を得ることができる。例えば、動的光散乱法によって測定されたＤ50が３０〜２００ｎｍの範囲にあり、Ｄ10／Ｄ90が０．１以上であって、ジルコニウム、鉄、ニッケル、クロム及びアルミニウムについては、それぞれ全体量に対して２０質量ｐｐｍ以上含むことがない高純度の水酸化マグネシウム微粒子分散液を得ることができる。
【００１９】
本発明の製造方法により得られる水酸化マグネシウム微粒子分散液は、ＰＤＰの酸化マグネシウム薄膜形成用の塗布液として有利に用いることができる。酸化マグネシウム薄膜は、基体（誘電体層）の上に水酸化マグネシウム微粒子分散液を塗布し、次いで、得られた塗布膜を焼成することによって製造することができる。塗布法としては、スピンコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、ディップ法、ドクタブレード法等の公知の方法を挙げることができる。塗布膜の焼成温度は、４００〜８００℃の範囲であり、焼成時間は０．５〜６時間の範囲である。
【００２０】
本発明の水酸化マグネシウム微粒子分散液はまた、粉体や液体に容易に混合分散させることができるため、食品、医薬あるいは化粧品のｐＨ調製剤、高分子安定剤、各種セラミックス材料の原料及び焼結助剤としても利用することができる。また、ジルコニウム、鉄、ニッケル、クロム及びアルミニウムの混入量の少ない高純度の水酸化マグネシウム微粒子分散液は、電子材料、医薬品原料、飲食料品の添加剤としても利用することができる。
【実施例】
【００２１】
［実施例１］
（１）水酸化マグネシウム粉末の製造
平均一次粒子径が５０ｎｍの酸化マグネシウム粉末（５００Ａ、宇部マテリアルズ（株）製）３６ｇと、水２４ｇとを、それぞれ互いが接触しないようにガラス製容器に入れて、容量２０Ｌのステンレス製容器内に設置した。ステンレス製容器を密閉した後、温度３５℃の環境下にて１５０時間静置して、酸化マグネシウム粉末を水和させた。そして、ステンレス製容器から取り出し、水酸化マグネシウム粉末を得た。
【００２２】
（２）水酸化マグネシウム微粒子分散液の製造
上記（１）にて製造した水酸化マグネシウム微粒子１０ｇを、ブチルアルコール９０ｇに投入して濃度１０質量％の水酸化マグネシウム粉末の分散液を得た。この水酸化マグネシウム粉末の分散液を、ロッキングミル（ミル容器の容量：１００ｍＬ、ＲＭ−０１、（株）セイワ技研製）を用いて、ビーズ：平均粒子径１００μｍの酸化ジルコニウム製ビーズ、ミル容器内のビーズ充填率：６０体積％、ミル容器の振動速度：５００ｒｐｍ、処理時間：１２０分の条件にて剪断分散処理を行なった。
分散処理後の水酸化マグネシウム微粒子分散の粒度分布を下記の方法により測定した。その結果、Ｄ10は８．２ｎｍ、Ｄ50は１１．５ｎｍ、Ｄ90は２０．３ｎｍであり、Ｄ10／Ｄ90は０．４０４であった。この結果から、剪断分散処理を行なうことによって、微細でかつ粒度分布の幅の狭い水酸化マグネシウム微粒子分散液が得られることが分かる。
【００２３】
［粒度分布の測定方法］
水酸化マグネシウム微粒子分散液を、水酸化マグネシウム微粒子の濃度が３〜４質量％となるように分散媒体にて希釈し、超音波ホモジナイザー（Ｓ−１５０Ｄ、ブランソン製）にて、パワー強度８の条件で１分間分散処理を行なう。得られた希釈分散液中の水酸化マグネシウム微粒子の粒度分布を、動的光散乱式粒度分析計（マイクロトラックＵＰＡ１５０、日機装製）を用いて、半導体レーザ（＋３Ｂ）波長：７８０ｎｍ、３ｍＷの条件にて測定する。測定は５回行い、その平均値を算出する。
【００２４】
（３）酸化マグネシウム薄膜の製造
上記（２）にて製造した水酸化マグネシウム微粒子分散液１ｇをガラス基板（サイズ：縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ）の中心に滴下した後、ガラス基板をその中心を軸として１０００ｒｐｍの回転速度で６０秒、２０００ｒｐｍの回転速度で２０秒、３０００ｒｐｍの回転速度で２０秒の順で回転させる操作を１回行なって、塗布膜を形成した。次いでその塗布膜を５５０℃の温度で１時間焼成して、酸化マグネシウム薄膜とした。得られた酸化マグネシウム膜の膜厚と波長６００ｎｍの光の透光率をガラス基板の中心、中心から右端に１５ｍｍ、中心から左端に１５ｍｍの位置にて測定した。その結果を表１に示す。下記表の結果から、本発明の製造方法を利用して得られた水酸化マグネシウム微粒子分散液を用いることによって、膜厚が均一で、かつ透光率の高い酸化マグネシウム薄膜を製造することができることが分かる。
【００２５】
表１
────────────────────────────────────────
中心から右端        中心            中心から左端
に１５ｍｍ                          に１５ｍｍ
────────────────────────────────────────
膜厚                ０．８２μｍ      ０．８６μｍ      ０．８６μｍ
透光率              ほぼ１００％      ほぼ１００％      ほぼ１００％
────────────────────────────────────────
【００２６】
［実施例２］
実施例１の（１）にて製造した水酸化マグネシウム微粒子５ｇを、ブチルアルコール９５ｇに投入して濃度１０質量％の水酸化マグネシウム粉末の分散液を得た。この水酸化マグネシウム粉末の分散液を、ナノマイザーシステム（ＮＭ２、吉田機械工業（株）製、ノズル径：１５０μｍ×１７０μｍ）を用いて、分散液噴流の圧力２００Ｍｐａ、衝突分散処理回数２００回の条件にて、衝突分散処理を行なった。
分散処理後の水酸化マグネシウム微粒子分散の粒度分布を実施例１と同様に測定した。その結果、Ｄ10は４６．４ｎｍ、Ｄ50は１０４．４ｎｍ、Ｄ90は３１８．８ｎｍであり、Ｄ10／Ｄ90は０．１４６であった。また、水酸化マグネシウム微粒子分散液中のジルコニウム、鉄、ニッケル、クロム及びアルミニウムの含有量を測定したところ、いずれの元素についても、その含有量は全体量に対して２０質量ｐｐｍ未満であった。これらの結果から、衝突分散処理を行なうことによって、剪断分散処理と比べてやや粒子径は大きくなるが、高純度の水酸化マグネシウム微粒子分散液が得られることが分かる。
【００２７】
［実施例３］
（１）水酸化マグネシウム粉末の製造
酸化マグネシウム粉末に、平均一次粒子径が１０ｎｍの酸化マグネシウム粉末（１００Ａ、宇部マテリアルズ（株）製）を用いる以外は、実施例１の（１）と同様にして、水酸化マグネシウム粉末を製造した。
【００２８】
（２）水酸化マグネシウム微粒子分散液の製造
上記（１）にて製造した水酸化マグネシウム微粒子１０ｇを、ブチルアルコール９０ｇに投入して濃度１０質量％の水酸化マグネシウム粉末の分散液を得た。この水酸化マグネシウム粉末の分散液を、ロッキングミル（ミル容器の容量：１００ｍＬ、ＲＭ−０１、（株）セイワ技研製）を用いて、ビーズ：平均粒子径１００μｍの酸化ジルコニウム製ビーズ、ミル容器内のビーズ充填率：３０体積％、ミル容器の振動速度：５００ｒｐｍ、処理時間：１２０分の条件にて剪断分散処理を行なった。
分散処理後の水酸化マグネシウム微粒子分散の粒度分布を実施例１と同様に測定した。その結果、Ｄ10は３．３ｎｍ、Ｄ50は３．９ｎｍ、Ｄ90は５．１ｎｍであり、Ｄ10／Ｄ90は０．５６６であった。この結果から、剪断分散処理を行なうことによって、微細でかつ粒度分布の幅の狭い水酸化マグネシウム微粒子分散液が得られることが分かる。